邵晉 董家琳 吳學友 唐培安
摘要:稻米是世界一半以上人口的主食選擇,而揮發(fā)物是影響大米適口性的重要因素之一。稻谷揮發(fā)物主要分為烴類、醛類、酮類、酯類、酸類、醇類以及雜環(huán)類。目前,蒸餾萃取法(SDE)、超臨界流體萃取法(SCFE)、溶劑輔助風味萃取法(SAFE)以及頂空固相微萃取法(HS-SPME)等富集方式是廣泛應用的稻谷揮發(fā)物前處理手段,電子鼻(E-nose)、氣相-質(zhì)譜聯(lián)用(GC-MS)、氣相色譜-嗅聞(GC-O)以及氣相色譜-離子遷移譜(GC-IMS)等技術是常用的稻谷揮發(fā)物檢測方法。文章綜述了稻谷揮發(fā)物組成及其生成途徑的研究進展,以及近年來稻谷揮發(fā)物分析的前處理方法與檢測手段的研究,并展望了稻谷揮發(fā)物檢測在糧食儲藏研究上的廣闊前景。
關鍵詞:稻谷;揮發(fā)性化合物;前處理;檢測方法
中圖分類號:TS210.1 文獻標志碼:A DOI:10.16465/j.gste.cn431252ts.20230319
基金項目:“十四五”國家重點研發(fā)項目子課題(2021YFD2100605-07);國家自然科學基金(32101882);江蘇高校優(yōu)勢學科建設工程資助項目(PAPD)。
Research progress on composition and detection methods of volatile compounds in rice
Shao Jin, Dong Jialin, Wu Xueyou, Tang Peian
( College of Food Science and Engineering, Nanjing University of Finance and Economics/ Collaborative Innovation Center for Modern Grain Circulation and Safety/ Key Laboratory of Grains and Oils Quality Control and Processing, Nanjing, Jiangsu 210023 )
Abstract: Rice is the staple food choice for more than half of the worlds population, and volatile is one of the important factors affecting the palatability of rice. Rice volatiles are mainly divided into alkanes, aldehydes, ketones, esters, acids, alcohols and heterocyclic compounds. At present, simultaneous distillation and extraction (SDE), supercritical fluid extraction (SCFE), solvent-assisted flavor extraction (SAFE), and headspace solid phase microextraction (HS-SPME) were widely used enrichment methods for rice volatile pretreatment. Electronic nose (E-nose), gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS), gas chromatography-olfactory (GC-O), and gas chromatography-ion migration spectrometry (GC-IMS) were commonly used to detect rice volatiles. In this paper, the research progress of volatiles composition and their formation pathways in rice were reviewed, as well as the research of pretreatment methods and detection methods for volatiles analysis in rice in recent year, and the broad prospect of volatiles detection in grain storage was prospected.
Key words: rice, volatile compounds, pretreatment, detection methods
水稻(Oryza sativa L.)作為世界60%以上人口的主食,在人類營養(yǎng)均衡、能源供應和經(jīng)濟戰(zhàn)略方面都發(fā)揮著至關重要的作用[1]。中國作為世界第一糧食產(chǎn)量國與世界第三糧食出口國,水稻種植面積高達2 992萬hm2,年產(chǎn)量21 284萬t,占世界稻谷總產(chǎn)量的41.7%[2]。
稻谷在貯藏過程中易發(fā)生陳化,淀粉、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)等都易發(fā)生不同程度的轉(zhuǎn)變,其中脂質(zhì)容易發(fā)生氧化降解產(chǎn)生戊醛一類的低分子化合物,成為“陳米臭”的來源,影響稻谷食味品質(zhì)[3]。稻谷香氣作為影響消費者適口度與接受度的重要因素之一,隨著揮發(fā)物檢測技術的發(fā)展受到廣泛關注。
稻谷揮發(fā)性化合物對貯藏條件敏感[4]。即使同一水稻品種也會由于種植、加工和貯藏方式的不同而產(chǎn)生不同的香味物質(zhì)[5]。因此,整合稻谷氣味組成分布差異以及了解揮發(fā)物來源對稻谷貯藏、尋找特征性揮發(fā)物、鑒別稻谷品質(zhì)、區(qū)分稻谷品類,以及研究稻谷脂質(zhì)代謝都有著重要意義。
本文綜述稻谷揮發(fā)性化合物組成、來源以及檢測方法,并對稻谷揮發(fā)物檢測應用糧食儲藏研究進行展望,旨在為稻谷品質(zhì)評定、類別判定以及脂質(zhì)代謝研究提供一定的參考依據(jù),為稻谷儲藏與糧情安全檢測奠定基礎。
1 稻谷揮發(fā)物組成
稻谷揮發(fā)性化合物的鑒定不僅對稻谷食味品質(zhì)評價和品類區(qū)分有著參考價值,而且對完善稻谷脂質(zhì)代謝機制研究有重要意義。目前為止,已報道的水稻相關揮發(fā)性物質(zhì)已超過300種,其大多可歸類為烴類、醛類、酮類、酯類、酸類、醇類以及雜環(huán)類,其中影響稻谷揮發(fā)性成分的主要因子是烷烴與醛類[5-7]。
1.1 烴類揮發(fā)物
烴類揮發(fā)物主要來源于脂肪酸自由基的裂解,各種揮發(fā)性物質(zhì)的變化趨勢各不相同,其中直鏈烷烴類香氣閾值較低,賦予了稻谷清香與甜香[8]。研究[9]表明,烷烴類對稻谷品種不具備區(qū)分度,在稻谷不同陳化時期也沒有明顯差異。還有一些不飽和碳氫化合物譬如1-菖蒲烯和α-雪松烯也賦予大米香味[7]。
1.2 醛類和酮類揮發(fā)物
研究表明,醛酮類揮發(fā)物主要來源于脂類的不飽和脂肪酸氧化[10-13],其中戊醛、己醛、壬醛、壬酮、癸醛等低分子化合物多在稻谷中被檢測到[14-16],且多由脂肪氧合酶和過氧化氫酶催化產(chǎn)生,少量醛類物質(zhì)可使稻谷散發(fā)果香,但隨著含量的增加,會產(chǎn)生劣質(zhì)氣味[17]。Li等[18]發(fā)現(xiàn)癸醛是油酸氧化的產(chǎn)物。Liu等[19]發(fā)現(xiàn)6,10,14-三甲基-2-十五烷酮在黃變過程中穩(wěn)步增加,可用于監(jiān)測水稻黃變的進展。然而也有研究人員[20]將6,10,14-三甲基-2-十五烷酮歸為雜質(zhì)。López-Lara等[21]發(fā)現(xiàn)稻谷中2-三甲酮(2-TDC)是一種天然殺蟲劑,可誘導鐵吸收、氧化還原和脅迫相關基因的差異表達。而稻谷中硫酯酶催化的β-氧化易產(chǎn)生2-壬酮和2-十一酮[22]。研究[23]發(fā)現(xiàn),docd1酶可以催化β-胡蘿卜素形成β-紫羅酮,而β-紫羅酮可以賦予大米紫色和木質(zhì)香味[24]。
1.3 醇類揮發(fā)物
大多數(shù)醇類揮發(fā)物是脂質(zhì)氧化的最終產(chǎn)物,大米的花香味大多來自醇類揮發(fā)物,通常短鏈醇無風味,隨著其碳鏈增長而使芳香增強[25]。1-壬醇和1-辛醇有強烈的油味和柑橘味,兩者都隨著儲存時間的延長而減少,它們主要來源于油酸的自氧化作用[26-27]。此外,Cao等[28]指出1-壬醇是10-氫過氧化物和9-氫過氧化物的氧化產(chǎn)物,1-辛醇是11-過氧化氫的氧化產(chǎn)物。宋偉等[30]研究發(fā)現(xiàn),異植物醇、四氫薰衣草醇和香茅醇分別是株兩優(yōu)819、特早和早優(yōu)稻谷特有的醇類物質(zhì),可用來區(qū)分不同品種稻谷。
1.4 酯類揮發(fā)物
酯是無機或有機酸和醇通過酯化反應收縮水而產(chǎn)生的,通常具有芳香氣味,一般在稻谷揮發(fā)物中占比不多。其中如二氫內(nèi)酯是類胡蘿卜素衍生揮發(fā)物,與類胡蘿卜素生物合成密切相關[30]。有研究[29]發(fā)現(xiàn),苯甲酸三硅酯僅在早優(yōu)稻中出現(xiàn),氯甲酸正壬基酯僅在中早39稻中出現(xiàn),而氯甲酸正辛酯僅在株兩優(yōu)819稻和早秈51-4稻中出現(xiàn),對稻谷品種有一定的指示作用。
1.5 雜環(huán)類揮發(fā)物
雜環(huán)類揮發(fā)物在總揮發(fā)性代謝產(chǎn)物中的相對占比較少。有研究[31]發(fā)現(xiàn),2-乙酰-1-吡咯啉(2-AP)僅在芳香品種中檢出,且含量因品種而異,而不芳香的黑米品種中含有大量愈創(chuàng)木酚,為稻谷貢獻“煙熏”風味。
1.6 2-乙酰-1-吡咯啉
2-乙酰-1-吡咯啉(2-AP)是稻谷中普遍存在的特征揮發(fā)物,因其低至0.1 μg/mL的香味閾值而賦予了稻谷顯著的“爆米花”香味,是目前唯一一種確定濃度與感官強度關系的揮發(fā)性化合物[32]。劉劍濤等[33]通過分析不同溫度條件下貯藏稻谷的2-AP含量變化趨勢,發(fā)現(xiàn)其與稻谷貯藏溫度和貯藏時間均呈顯著負相關,隨儲藏時間延長2-AP含量由55 μg/kg降至30 μg/kg,有利于應用于稻谷貯藏的評價指標。研究[34]證明,脯氨酸、1-吡咯氨酸和糖酵解途徑的幾種代謝物之間的熱反應是小麥面包皮中2-AP形成的原因。還有研究[35-36]表明,2-AP具有高度遺傳特性,而OsBADH2基因功能的表達抑制了2-AP的產(chǎn)生。
2 揮發(fā)物生成路徑
揮發(fā)性物質(zhì)屬于稻谷的次級代謝產(chǎn)物,主要以脂肪酸、氨基酸、碳水化合物等為前體物質(zhì),在稻谷的生長發(fā)育過程中經(jīng)過一系列酶促反應而形成的。其中,脂肪易受脂肪酶水解產(chǎn)生游離脂肪酸[37]。甘油的羥基被酯化可生成甘油三酯、雙甘油酯和單甘油酯[38-39],甘油酯由脂肪酶水解其酯鍵生成脂肪酸,主要有油酸(C18:1(n-9),OA)、花生四烯酸(C20:4(n-6),AA)、二十二碳六烯酸(C22:6(n-3),DHA)、二十碳五烯酸(C20:5(n-3),EPA)等不飽和脂肪酸參與生物膜形成、信號傳遞、能量儲存等活動[40-41]。而亞油酸、花生四烯酸等多不飽和脂肪酸還受到活性氧的攻擊,被脂氧合酶(LOX)氧化生成脂氫過氧化物。
過氧化物中,11(S)-HPOD在脂氫過氧化物酶裂解酶作用下可生成反式-2-辛醛與1-辛醇,13(S)-HPOD在裂解酶作用下可生成正己醛和庚醛,醛類物質(zhì)在醇脫氫酶(ADH)作用下還可脫氫生成醇[11,22,28],然后在醇?;D(zhuǎn)移酶的作用下,生成己基和己酸酯、庚基和庚基酯[42]。李鵬亮等[18]還發(fā)現(xiàn)癸醛主要是油酸的氧化產(chǎn)物。研究[11-12]表明,稻谷中的醛主要來源于不飽和脂肪酸的氧化,脂肪酸的氧化產(chǎn)生的葵醛等是稻谷貯藏過程中風味惡化的重要因素之一。而1-辛醇等醇類產(chǎn)物則賦予了稻谷柑橘香氣。另有研究[23]發(fā)現(xiàn),DoCCD1酶可以催化β-胡蘿卜素形成β-紫羅酮,賦予了稻谷木質(zhì)香味。
3 稻谷揮發(fā)物富集方法
富集技術是解決痕量化合物分析、化合物熱穩(wěn)定性差以及反應過程中代謝揮發(fā)物分析的重要技術手段。為了在不破壞物質(zhì)本身結(jié)構(gòu)的條件下盡可能多地富集到樣品揮發(fā)物,以便更精確、全面地分析揮發(fā)物的組成與含量,揮發(fā)物富集技術一直在更新迭代,目前已知的稻谷揮發(fā)物富集方法有:同時蒸餾萃取法(SDE)、超臨界流體萃取法(SCFE)、溶劑輔助風味萃取法(SAFE)以及頂空固相微萃取法(HS-SPME)等[43-46]。這4種揮發(fā)物富集方法優(yōu)缺點比較可見表1。
3.1 同時蒸餾萃取法(SDE)
同時蒸餾萃?。⊿DE)是比較經(jīng)典的芳香物質(zhì)的提取方法,通過加熱冷凝使氣相物質(zhì)溶于溶劑,通常將數(shù)百克水稻樣品和適量的提取物溶劑一起在較高溫下提取數(shù)小時,然后少量濃縮[43]。雖然SDE法揮發(fā)物提取效率較高,富集效果好,但由于在水稻的蒸煮或蒸汽蒸餾過程中容易導致熱分解和一些揮發(fā)物的形成,無法排除美拉德反應的干擾,從而影響揮發(fā)物定性的準確性,因此近年研究中不常單獨應用此方法[5]。Widjaja等[47]利用SDE法提取稻谷、糙米、大米3種樣品的芳香物質(zhì),發(fā)現(xiàn)糙米和水稻在貯藏時的香氣特性比白米保留得更好。Park等[48]利用SDE法對韓國無香大米的揮發(fā)性物質(zhì)進行了提取,發(fā)現(xiàn)2-MF與2-AP是其中最有效的芳香活性化合物。
3.2 超臨界流體萃?。⊿CFE)
超臨界流體萃取(SCFE)是以超臨界流體(SCFs)為萃取溶劑,分離和提取揮發(fā)性芳香化合物的最新穎、最可靠的方法之一[43]。因溶劑可以通過減壓輕易從提取物中剝離而使操作簡潔環(huán)保[49],且提取時間短,無溶劑殘留[45]。但超臨界流體萃取法在富集廣度上尚有局限性,經(jīng)常應用于香精香料的富集研究,對設備操作有較高要求,需要在低溫條件下進行??紤]到成本效益、安全性和環(huán)保性,業(yè)界常用二氧化碳作為萃取溶劑。Verma等[49]基于超臨界流體萃取法研究出提取大米香精的新方法。董金香等[50]利用CO2超臨界流體法提取決明子中蒽醌類成分并篩選出最佳工藝。
3.3 溶劑輔助風味萃取法(SAFE)
溶劑輔助風味萃取法(SAFE)因其能保證低溫被認為是生產(chǎn)“干凈”香味提取物的最佳方法,利用高真空降低溶劑沸點,從而達到低溫蒸發(fā)的目的,有較高的提取效率[44]。SAFE相對SDE方法更能有效減少高溫對檢測結(jié)果的影響,但溶劑消耗量大,操作復雜,耗時較長[45]。Majcher等[43]對不同馬鈴薯零食風味化合物萃取方式進行適用性比較,發(fā)現(xiàn)SAFE是最適用于GC-O的馬鈴薯-零食風味萃取方式,而SPME與SAFE聯(lián)用時風味表征最充分。宮俐莉等[44]同時運用SAFE與HS-SPME法對白酒風味物質(zhì)進行更全面的分析,發(fā)現(xiàn)SAFE對醇類及脂肪酸類物質(zhì)萃取效果更佳。
3.4 頂空固相微萃?。℉S-SPME)
SPME摒棄了溶劑萃取的方式,將采樣、提取和濃縮提取物的步驟三合一,在頂空(HS)模式下進樣,更有利于保持樣品純凈,不受外界物質(zhì)干擾[51]。與傳統(tǒng)的萃取技術相比,HS-SPME雖然在萃取范圍上有一定的局限性,不利于萃取揮發(fā)性弱的成分,且對涂層要求高、材料貴,但優(yōu)勢也很明顯,靈敏度高,操作簡單,便于攜帶[52]。隨著萃取頭涂層技術的更新,能萃取的揮發(fā)物種類越來越多,從手動進樣到自動進樣,頂空固相微萃取技術逐漸成為主流,在稻谷揮發(fā)物提取中應用廣泛。
固相微萃取萃取頭涂層材料主要有聚二甲基硅氧烷(PDMS)、二乙烯基苯(DVB)、碳分子篩(CAR)等,涂層厚度越厚對小分子化合物的吸附能力也越強。目前大多選擇DVB /CAR/PDMS(2 cm,50/30 μm)涂層的萃取頭進行頂空進樣,可吸附C3~C20的揮發(fā)性和半揮發(fā)性的香味物質(zhì)。鞠興榮等[15]利用DVB/CAR/PDMS(2 cm,50/30 μm)萃取頭通過頂空固相微萃取結(jié)合氣質(zhì)聯(lián)用法檢測出儲藏期秈稻谷102種揮發(fā)物,篩選出品質(zhì)劣變的特征性揮發(fā)物。楊慧萍等[53]同樣選用三涂層萃取頭進行氣質(zhì)分析,分別在稻谷、糙米和大米樣品中檢測出150、125和98種揮發(fā)性化合物。
4 稻谷揮發(fā)物檢測方法
目前對稻谷揮發(fā)物的研究主要圍繞風味判定、品質(zhì)評定、品種鑒定以及分子機制等幾方面,風味感官評定與揮發(fā)物質(zhì)定性定量相結(jié)合能夠更全面地分析稻谷揮發(fā)性化合物,對稻谷性狀能夠有更詳盡的了解?,F(xiàn)有揮發(fā)物檢測技術主要有電子鼻(E-nose)、氣相-質(zhì)譜聯(lián)用技術(GC-MS)、氣相色譜-嗅聞技術(GC-O)以及氣相色譜-離子遷移譜(GC-IMS),4種揮發(fā)物檢測技術優(yōu)缺點比較見表2。近幾年研究主要通過E-nose和GC-O進行稻谷風味評定[14,16,54-55],以及通過HS-SPMEGC-MS和HS-GC-IMS技術進行分子層面的定性定量[31,56-58],幾種技術聯(lián)用可對稻谷揮發(fā)物進行更全面的判別。
4.1 電子鼻(E-nose)
電子鼻技術(E-nose)是基于一系列化學傳感器,通過先進的信號處理集成輸出,以達到快速區(qū)分復雜氣味的目的[59]。電子鼻在某種程度上模仿了人類的嗅覺,填補了有害物質(zhì)嗅聞的空缺,但無法在敏感度與反應力上完全替代人類。電子鼻可以提供一種簡單、快速的谷物質(zhì)量鑒定方法,也有利于快速鑒別水稻品種。研究表明,電子鼻主成分分析能夠有效區(qū)分不同水分含量、不同溫度、不同時間、不同品種的稻谷樣品[14,16],有利于儲藏稻谷品質(zhì)變化監(jiān)測與稻谷產(chǎn)地快速識別,構(gòu)建儲糧品質(zhì)監(jiān)測模型[60-62]。隨著近年電子鼻對樣本的定性定量能力愈加精確,其應用也更加廣泛,研究人員利用電子鼻便捷客觀的優(yōu)勢對赤擬谷盜、玉米象等儲糧害蟲特征揮發(fā)物進行監(jiān)測,有效區(qū)分了不同蟲害程度稻谷樣本,構(gòu)建出蟲口密度預測模型,證明了糧食蟲害快速檢測的可行性[63-66]。同時對糧食霉變快速檢測的應用也在同步發(fā)展[67-68]。Zhang等[69]利用電子鼻對粳稻霉變過程中產(chǎn)生的揮發(fā)性物質(zhì)進行分析,得出霉變粳稻的主要揮發(fā)性成分為醇、醛和酮,并且通過主成分分析(PCA)和聚類分析進一步驗證了電子鼻對粳稻霉變的優(yōu)良識別性能,從而得出電子鼻與氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用對粳稻霉菌污染的早期檢測是可行的。
4.2 氣相-質(zhì)譜聯(lián)用技術(GC-MS)
氣相色譜結(jié)合質(zhì)譜技術是鑒定分析食品揮發(fā)性化合物的常用技術,具有選擇性高、化合物結(jié)構(gòu)鑒定及定量準確的優(yōu)勢[70]。在氣相色譜-質(zhì)譜中,氣相色譜系統(tǒng)的高分離能力可以用高靈敏度的質(zhì)譜來聯(lián)合分析,氣相色譜-質(zhì)譜體系能夠根據(jù)分子碎片識別化合物,靈敏度達10-9級[71]。一般GC-MS多采用頂空固相微萃取法進行揮發(fā)物富集。
近年來,研究大多采用GC-MS技術對稻谷揮發(fā)物進行定性定量。Liu等[19,72]將稻谷定性定量結(jié)果與脂質(zhì)代謝變化相關聯(lián),進一步闡釋了稻谷內(nèi)部代謝機制。Zhao等[73]對中國不同地區(qū)的大米進行氣味檢測,并篩選出己醛、3,5-八烯-2-酮和2-丁基-2-辛烯作為與熟米區(qū)分的標志物,同時發(fā)現(xiàn)生米中的標志物主要為萜類、吲哚以及莽草酯的代謝物,而熟飯中的標志物主要來源于脂質(zhì)氧化。Tran-Lam等[58]通過色譜-串聯(lián)質(zhì)譜系統(tǒng)(UPLCMS/MS和GC-MS/MS)有效鑒定水稻農(nóng)藥殘留,實現(xiàn)稻谷農(nóng)殘的快速監(jiān)測。Choi等[31]利用氣質(zhì)聯(lián)用技術分析發(fā)現(xiàn),香型黑米的高濃度特征揮發(fā)物2-AP以及無香型黑米的高濃度特征揮發(fā)物愈創(chuàng)木酚可用于區(qū)分兩種類型的黑米。Zhang等[69]通過氣質(zhì)分析發(fā)現(xiàn),霉變標志物(1-辛烯-3-醇和3-辛酮)含量和稻谷菌落總數(shù)呈高度正相關,證明了電子鼻與GC/MS聯(lián)合應用于粳稻霉菌污染檢測的可行性。
4.3 氣相色譜-嗅聞技術(GC-O)
感官分析仍然是風味評定中最常用的技術之一,也是食品質(zhì)量分析的重要因素。但這種方法容易受人類個體主觀意志的局限,準確性與可重復性低。因此引入了氣相色譜-嗅聞聯(lián)用技術(GC-O)[54],一種同時具備毛細管氣相色譜的高分辨率與人體嗅聞的自主選擇性和靈敏度的技術,可以快速發(fā)現(xiàn)香氣構(gòu)成,提高結(jié)果準確性[74]。但風味提取過程、數(shù)據(jù)收集方式、色譜柱分離能力等因素都會影響實驗的準確性,因此可將感官評定與氣味分析結(jié)合,將GC-O與GC-MS聯(lián)合分析。Maraval等[55]采用GC-O聯(lián)合GC-MS技術分析香型與非香型大米,有效區(qū)分了兩種大米揮發(fā)物的差異,篩選出特征性物質(zhì),并發(fā)現(xiàn)差異源于肉桂酸降解。
4.4 氣相色譜-離子遷移譜(GC-IMS)
氣相色譜-離子遷移譜(GC-IMS)是一種將快速分離氣相色譜儀(GC)和高靈敏度離子遷移譜(IMS)儀相結(jié)合起來的新興技術,相較于氣質(zhì)聯(lián)用技術能更直觀地看到稻谷揮發(fā)物濃度差異,并且無需前處理,檢出限低,但GC-IMS譜庫數(shù)據(jù)量有限,對大分子化合物的檢測能力較低[75]。Hu等[57]對不同材質(zhì)包裝的米飯進行HS-CE-IMS檢測,發(fā)現(xiàn)所有的午餐盒都對2,6-二甲基吡嗪、2-乙酰吡嗪和γ-八內(nèi)酯等風味物質(zhì)的產(chǎn)生有抑制作用,而PP材質(zhì)午餐盒還會增加2-乙基-1-己烷等不良風味物質(zhì)。
5 展 望
稻谷揮發(fā)物作為脂質(zhì)氧化的下游產(chǎn)物與稻谷代謝密切相關,而不同的儲藏環(huán)境、儲藏時間、儲藏技術以及后續(xù)產(chǎn)生的霉變、蟲害等,都會導致稻谷揮發(fā)物組成與含量的變化。后續(xù)可進一步完善稻谷內(nèi)部代謝產(chǎn)生揮發(fā)物的通路機制,研究不同儲藏條件對稻谷分子代謝機制的影響。
目前,水稻研究中報道了超過300種揮發(fā)物,豐富的揮發(fā)物組成使稻谷的風味具備多樣性,但揮發(fā)物和風味之間尚未建立起系統(tǒng)的關聯(lián),2-AP仍然是唯一確定能描述水稻芳香的揮發(fā)物。同時,稻谷風味物質(zhì)檢測的覆蓋度與準確度仍有待提高。在現(xiàn)有揮發(fā)物檢測技術中,E-nose和GC-O主要被用于稻谷風味評定,而HS-SPME-GC-MS和HS-GC-IMS技術主要被用于稻谷分子層面的定性定量,同時聯(lián)合幾種技術有利于更全面地判別稻谷揮發(fā)物。有研究[35-36]發(fā)現(xiàn),通過對香味基因調(diào)控可以保留并增強大米的香味物質(zhì),后續(xù)或可對更多稻谷風味相關基因進行探索與挖掘,并利用基因調(diào)控相關技術促進或抑制稻谷芳香或劣質(zhì)氣味的產(chǎn)生。近年來,稻谷揮發(fā)物的研究受到廣泛關注,無論是在加強大米市場競爭上,還是在儲糧安全檢測上都有著重要意義,為發(fā)展綠色儲糧技術提供了理論基礎,并促進糧食產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展。
參 考 文 獻
[1] TONG C, GAO H Y, LUO S J, et al. Impact of postharvest operations on rice grain quality: A review[J]. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety, 2019, 18(3): 626-640.
[2] 國家統(tǒng)計局.中華人民共和國2021年國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報[EB/OL].(2022-02-28)[2022-10-23].http://www.gov. cn/xinwen/2022-02/28/content_5676015.htm.
[3] 謝灝婷,李子瑾,胡吟,等.加速陳化中秈稻脂質(zhì)代謝相關酶與品質(zhì)的變化[J].糧食與油脂,2022,35(2):49-54+92.
[4] LIU J G, LIU M, LIU Y Q, et al. Moisture content is a key factor responsible for inducing rice yellowing[J]. Journal of Cereal Science, 2020, 94: 102988.
[5] HU X Q, LU L, GUO Z L, et al. Volatile compounds, affecting factors and evaluation methods for rice aroma: A review[J]. Trends in Food Science & Technology, 2020, 97: 136-146.
[6] CHEN T, CHEN X Y, MENG L L, et al. Characteristic fingerprint analysis of the moldy odor in Guangxi fragrant rice by gas chromatography-ion mobility spectrometry (GC-IMS)[J]. Analytical Letters, 2022, 55(13): 2033-2045.
[7] LIPAN L, HOJJATI M, EL-ZAEDDI H, et al. Volatile composition of smoked and non-smoked Iranian rice[J]. Foods, 2016, 5(4): 81.
[8] 胡吟.稻谷加速陳化期間脂質(zhì)變化的研究[D].長沙:中南林業(yè)科技大學,2018:25-48.
[9] 宋偉,張明,張婷筠.基于GC/MS的儲藏粳稻谷揮發(fā)物質(zhì)變化研究[J].中國糧油學報,2013,28(11):97-102.
[10] BRYANT R J, MCCLUNG A M. Volatile profiles of aromatic and non-aromatic rice cultivars using SPME/GC–MS[J]. Food Chemistry, 2011, 124(2): 501-513.
[11] DONG L, LI F, FU Y, et al. Industrial barley preparation process of appraisal and change rule of volatile aldehydes analysis[J]. Journal of Food Science and Technology, 2014, 35(8): 122-125+130.
[12] VANDERHAEGEN B, NEVEN H, VERACHTERT H, et al. The chemistry of beer aging–a critical review[J]. Food Chemistry, 2006, 95(3): 357-381.
[13] 仲夢涵,夏雨杰,章銀,等.江蘇省五區(qū)縣稻米食味及風味特性的差異性研究[J].糧食科技與經(jīng)濟,2022,47(3):83-89.
[14] 曹俊,劉欣,陳文若,等.基于E-NOSE與SPME-GC/MS技術分析溫濕度動態(tài)變化過程中稻谷的揮發(fā)性成分[J].中國農(nóng)業(yè)科學,2017,50(1):142-160.
[15] 鞠興榮,張檬達,石嘉懌.基于電子鼻和HS-SPME-GC-MS檢測并分析秈稻谷儲藏期間揮發(fā)性物質(zhì)的研究[J].中國糧油學報,2016,31(12):139-146.
[16] 萬忠民,張崇彬,鄧銘杰,等.基于電子鼻和GC-MS對優(yōu)質(zhì)稻谷揮發(fā)性成分差異性分析[J].中國糧油學報,2022,37(8):261-271.
[17] LI X, HE Y, XIE Y, et al. Effect of catalase on lipid oxidation and flavor substances of α-instant rice during storage[J]. Food Science and Technology, 2022, 42: 9-13.
[18] LI P L, ZHAO W, LIU Y Y, et al. Precursors of volatile organics in foxtail millet (Setaria italica) porridge: the relationship between volatile compounds and five fatty acids upon cooking[J]. Journal of Cereal Science, 2021, 100: 103253.
[19] LIU J G, LIU Y Q, JIA M, et al. Association of enriched metabolites profile with the corresponding volatile characteristics induced by rice yellowing process[J]. Food Chemistry, 2021, 349: 129173.
[20] THAN N N, FOTSO S, POEGGELER B, et al. Niruriflavone, a new antioxidant flavone sulfonic acid from phyllanthus niruri[J]. Zeitschrift für Naturforschung B, 2006, 61(1): 57-60.
[21] LóPEZ-LARA I M, NOGALES J, PECH-CANUL á, et al. 2-Tridecanone impacts surface-associated bacterial behaviors and hinders plant-bacteria interactions[J]. Environmental Microbiology, 2018, 20(6): 2049-2065.
[22] YAN Q, SIMMONS T R, CORDELL W T, et al. Metabolic engineering of β-oxidation to leverage thioesterases for production of 2-heptanone, 2-nonanone, and 2-undecanone[J]. Metabolic Engineering, 2020, 61: 335-343.
[23] WANG Y, XU J, LIU A. Identification of the carotenoid cleavage dioxygenase genes and functional analysis reveal DoCCD1 is potentially involved in beta-ionone formation in Dendrobium officinale[J]. Frontiers in Plant Science, 2022, 13: 967819.
[24] WANG Y S, LI H J, WANG F L, et al. Effect of nitrogen gas adjustment on maize quality[J]. Science and Technology Communication of Grain and Oil Storage, 2017, 33(2): 47-50.
[25] 萬娟,關則懇,應玲紅.頂空固相微萃取-氣質(zhì)聯(lián)用分析優(yōu)質(zhì)稻谷儲藏前后揮發(fā)性成分[J].糧食加工,2021,46(2):37-40.
[26] BELTRáN S A, RAMOS S M, GRANé T N, et al. Classification of almond cultivars using oil volatile compound determination by HS-SPME–GC–MS[J]. Journal of the American Oil Chemists Society, 2011, 88(3): 329-336.
[27] ZHANG X X, DAI Z, FAN X J, et al. A study on volatile metabolites screening by HS‐SPME‐GC‐MS and HS‐GC‐IMS for discrimination and characterization of white and yellowed rice[J]. Cereal Chemistry, 2020, 97(2): 496-504.
[28] CAO J, JIANG X, CHEN Q Y, et al. Oxidative stabilities of olive and camellia oils: possible mechanism of aldehydes formation in oleic acid triglyceride at high temperature[J]. LWT-Food Science and Technology, 2019, 118: 108858.
[29] 宋偉,胡婉君,徐宗季,等.湖南省主要早秈稻品種揮發(fā)性物質(zhì)種類及含量[J].中國農(nóng)業(yè)科學,2017,50(2):348-361.
[30] KIM M K, NAM P W, LEE S J, et al. Antioxidant activities of volatile and non‐volatile fractions of selected traditionally brewed Korean rice wines[J]. Journal of the Institute of Brewing, 2014, 120(4): 537-542.
[31] CHOI S, LEE J. Volatile and sensory profiles of different black rice (Oryza sativa L.) cultivars varying in milling degree[J]. Food Research International, 2021, 141: 110150.
[32] CHAMPAGNE E T. Rice aroma and flavor: A literature review[J]. Cereal Chemistry, 2008, 85(4): 445-454.
[33] 劉劍濤,張瑩瑩,羅昊文,等.不同儲藏溫度對香稻谷品質(zhì)和香氣的影響[J].糧食與油脂,2022,35(9):100-103.
[34] SCHIEBERLE P. Formation of 2-acetyl-l-pyrroline and other important flavor compounds in wheat bread crust[M]. [S.l.]: American Chemical Society, 1989: 268-275.
[35] HUI S, LI H, MAWIA A M, et al. Production of aromatic three‐line hybrid rice using novel alleles of BADH2[J]. Plant Biotechnology Journal, 2022, 20(1): 59-74.
[36] SHAN Q W, ZHANG Y, CHEN K L, et al. Creation of fragrant rice by targeted knockout of the OsBADH2 gene using TALEN technology[J]. Plant Biotechnology Journal, 2015, 13(6): 791-800.
[37] FU X, ZHU X, GAO K, et al. Oil and fat hydrolysis with lipase from Aspergillus sp[J]. Journal of the American Oil Chemists Society, 1995, 72(5): 527-531.
[38] XUE L L, CHEN H H, JIANG J G. Implications of glycerol metabolism for lipid production[J]. Progress in Lipid Research, 2017, 68: 12-25.
[39] LINFIELD W M, BARAUSKAS R A, SIVIERI L, et al. Enzymatic fat hydrolysis and synthesis[J]. Journal of the American Oil Chemists Society, 1984, 61(2): 191-195.
[40] NAPIER J A, MICHAELSON L V, SAYANOVA O. The role of cytochrome b5 fusion desaturases in the synthesis of polyunsaturated fatty acids[J]. Prostaglandins, Leukotrienes and Essential Fatty Acids, 2003, 68(2): 135-143.
[41] MONROIG ó, SHU-CHIEN A C, KABEYA N, et al. Desaturases and elongases involved in long-chain polyunsaturated fatty acid biosynthesis in aquatic animals: From genes to functions[J]. Progress in Lipid Research, 2022, 86: 101157.
[42] SANZ C, OLIAS J M, PEREZ A G. Aroma biochemistry of fruits and vegetables[J]. Proceedings-Phytochemical Society of Europe, 1996, 41: 125-156.
[43] MAJCHER M, JELE? H H. Comparison of suitability of SPME, SAFE and SDE methods for isolation of flavor compounds from extruded potato snacks[J]. Journal of Food Composition and Analysis, 2009, 22(6): 606-612.
[44] 宮俐莉,李安軍,孫金沅,等.溶劑輔助風味蒸發(fā)法與頂空-固相微萃取法結(jié)合分析白酒酒醅中揮發(fā)性風味成分[J].食品與發(fā)酵工業(yè),2016,42(9):169-177.
[45] 蔣黎艷,譚姣,肖新生.植物油中揮發(fā)性風味成分分析鑒定技術研究進展[J].中國糧油學報,2021,36(5):174-183.
[46] 陳甜,袁毅,陳智斌.HS-SPME-GC/MS技術檢測蓮子酒中的揮發(fā)性成分[J].糧食科技與經(jīng)濟,2016,41(1):42-44.
[47] WIDJAJA R, CRASKE J D, WOOTTON M. Changes in volatile components of paddy, brown and white fragrant rice during storage[J]. Journal of the Science of Food and Agriculture, 1996, 71(2): 218-224.
[48] PARK J S, KIM K Y, BAEK H H. Potent aroma-active compounds of cooked Korean non-aromatic rice[J]. Food Science and Biotechnology, 2010, 19(5): 1403-1407.
[49] VERMA D K,SRIVASTAV P P. Science and technology of aroma, flavor, and fragrance in rice[M]. New York: Apple Academic Press, 2018: 179-198.
[50] 董金香,邱智東,董雪蓮.SCFE-CO2法提取決明子中蒽醌類成分的工藝研究[J].長春中醫(yī)藥大學學報,2010,26(6):826-827.
[51] 張瑩,婁方明,楊建文,等.頂空固相微萃取-氣質(zhì)聯(lián)用分析黔產(chǎn)圓葉薄荷揮發(fā)油[J].華南師范大學學報(自然科學版),2022,54(6):44-50.
[52] 詹思佳,蘇蔚瑩,王道梁,等.頂空-固相微萃取和同時蒸餾萃取法提取肉桂的揮發(fā)性成分[J].中國食品學報,2022,22(12):181-190.
[53] 楊慧萍,喬琳,李冬珅,等.基于GC-MS的粳稻谷糙米大米揮發(fā)性成分差異性研究[J].食品工業(yè)科技,2016,37(3):317-322.
[54] FULLER G H, STELTENKAMP R, TISSERAND G A. The gas chromatograph with human sensor: perfumer model[J]. Annals of the New York Academy of Sciences, 1964, 116(2): 711-724.
[55] MARAVAL I, MESTRES C, PERNIN K, et al. Odor-active compounds in cooked rice cultivars from Camargue (France) analyzed by GC-O and GC-MS[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2008, 56(13): 5291-5298.
[56] CHEN T, LI H Y, CHEN X Y, et al. Construction and application of exclusive flavour fingerprints from fragrant rice based on gas chromatography–ion mobility spectrometry (GC‐IMS) [J]. Flavour and Fragrance Journal, 2022, 37(6): 345-353.
[57] HU Y, ZHOU X L, HU C Y, et al. HS-GC-IMS identification of volatile aromatic compounds of freshly-cooked rice packaged with different disposable lunchboxes[J]. Journal of Hazardous Materials, 2022, 438: 129516.
[58] TRAN-LAM T T, BUI M Q, NGUYEN H Q, et al. A combination of chromatography with tandem mass spectrometry systems(UPLC-MS/MS and GC-MS/MS), modified QuEChERS extraction and mixed-mode SPE clean-up method for the analysis of 656 pesticide residues in rice[J]. Foods, 2021, 10(10): 2455.
[59] 劉濟源,曹星雨,余永建,等.食醋風味研究綜述[J].中國調(diào)味品,2015,40(10):135-140.
[60] 陳梓豪.稻谷儲藏品質(zhì)變化規(guī)律及預測模型的研究[D].長沙:中南林業(yè)科技大學,2022:47-58.
[61] 劉美.電子鼻和高光譜在大米品質(zhì)監(jiān)測和產(chǎn)地辨識中的應用[D].吉林:東北電力大學,2022:21-23.
[62] 夏列,余楊,胡元斌,等.大米品質(zhì)快速檢測及貯藏保鮮新技術研究進展[J].糧食與飼料工業(yè),2015(10):17-20+26.
[63] 李超.谷物蟲害電子鼻檢測系統(tǒng)的研制與分析[D].鎮(zhèn)江:江蘇大學,2021:35-53.
[64] 唐培安,侯曉燕,孔德英,等.電子鼻檢測玉米象不同蟲態(tài)的技術研究[J].中國糧油學報,2015,30(12):87-91+97.
[65] 葉盛,王俊.水稻蟲害信息快速檢測方法實驗研究:基于電子鼻系統(tǒng)[J].農(nóng)機化研究,2010,32(6):146-149+204.
[66] 張碩,韓少云,熊黎劍,等.基于氣敏傳感器陣列特征優(yōu)化的儲糧害蟲赤擬谷盜檢測[J].農(nóng)業(yè)工程學報,2022,38(10):303-309.
[67] 郭小倩.糧食霉變及其快速檢測技術研究進展[J].中國食品,2019(21):115.
[68] 田卉玄,楊瑞琦,鄒慧琴,等.電子鼻與HS-GC-MS技術快速鑒別肉豆蔻霉變過程中氣味變化及其物質(zhì)基礎[J].中國中藥雜志,2021,46(22):5853-5860.
[69] ZHANG J X, ZHANG B, DONG J Y, et al. Identification of mouldy rice using an electronic nose combined with SPME-GC/ MS[J]. Journal of Stored Products Research, 2022, 95: 101921.
[70] 張艷,劉釗,陳愷.非浸提頂空-氣相色譜-質(zhì)譜法測定糧食中硫酰氟含量[J].糧食科技與經(jīng)濟,2023,48(1):83-86.
[71] WARDENCKI W, CHMIEL T, DYMERSKI T. Instrumental assessment of food sensory quality[M]. Cambridge: Woodhead Publishing, 2013: 195-229.
[72] 嚴薇.紅外輻射對儲藏稻谷脂質(zhì)代謝的影響研究[D].南京:南京財經(jīng)大學,2020:69-70.
[73] ZHAO Q, XI J, XU D, et al. A comparative HS-SPME/GCMS-based metabolomics approach for discriminating selected japonica rice varieties from different regions of China in raw and cooked form[J]. Food Chemistry, 2022, 385: 132701.
[74] 李小斌,徐磊,劉帥東,等.基于GC-MS與GC-O法分析兩種春黃菊精油中特征性香氣成分[J].香料香精化妝品,2021(3):18-22.
[75] 吳成林,胡家藝,張惟廣.白酒風味物質(zhì)研究進展及關鍵技術分析[J].食品研究與開發(fā),2022,43(3):207-215.